TWI408404B - 影像裝置 - Google Patents

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TWI408404B
TWI408404B TW096126803A TW96126803A TWI408404B TW I408404 B TWI408404 B TW I408404B TW 096126803 A TW096126803 A TW 096126803A TW 96126803 A TW96126803 A TW 96126803A TW I408404 B TWI408404 B TW I408404B
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Kazuhiro Yamada
Naohito Sasaki
Hiroyuki Nakayama
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Pentax Ricoh Imaging Co Ltd
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Description

影像裝置
本發明係關於一種影像裝置，該裝置包含在光學路徑中具有防水或防水/防油塗層的光學元件。
近來像是數位相機這種用於將光學影像轉換成電子信號的影像裝置，以及像是影印機、掃描器等等的影像輸入設備已廣為使用。隨著包含像是電荷耦合裝置(CCD)等等的影像機構之電子影像裝置用途越來越廣，像是灰塵這類異物存在於到達影像機構光接收表面的光學路徑中，而隨之出現在結果影像內的問題已經日趨嚴重。
例如：在鏡頭可更換的數位單眼反射式相機內，拆開鏡頭時灰塵等可能會進入反射鏡室內。另外，因為控制反射鏡移動以及光圈快門關閉的機構是在反射鏡室內運作，所以反射鏡室內也有可能產生灰塵。在像是影印機、掃描器等等這類影像輸入設備的情況下，原稿送入或移動過原稿讀取單元時容易產生像是灰塵這類異物，導致附著在CCD的光接收表面或原稿放置平板玻璃等等之上。附著在影像機構表面等等的異物通常可用吹風機等吹掉。不過，吹掉的異物仍舊留在影像裝置內。
數位相機提供濾光器來控制靠近影像機構的空間頻率特性，並且一般使用雙折射石英板當成濾光器。不過，因為石英具有壓電效果，所以容易因為震動等等而充電，並且合成的電荷不容易消失。因此，當操作相機造成的震動、氣流等等導致異物在相機內漂浮，則會有附著到帶電的濾光器之傾向。應該用空氣吹向濾光器，或擦拭或震動濾光器來去除附著的異物。不過，清除灰塵的機械結構並不便宜，會讓設備更重並且更耗電。
JP 2006－163275公佈一種光學零件，其由石英低通濾光器以及紅外線濾光器所構成，並且具有避免異物附著在表面上的塗層。當將此光學零件放置在影像裝置的光學路徑內，光線會通過防異物塗層、紅外線濾光器、低通濾光器，並進入影像機構。因為光學零件表面提供防異物塗層，所以可認定異物不可能出現在成果影像上。不過，影像內仍舊會出現某些異物。經過審慎研究顯示，這主要是因為低通濾光器上刮傷所致。隨著對乾淨影像的要求越高，就越需要一種對影像無負面影響的影像裝置。
本發明之目的在於提供一種影像裝置，其具有異物不會附著的光學元件。
在對上述目的審慎研究之後，本發明人發現在包含光學元件而該光學元件在從鏡頭到影像機構的光學路徑上包含防反射塗層、抗紅外線玻璃以及低通濾光器之影像裝置內，至少在防反射塗層的鏡頭側表面上形成防水或防水/防油塗層會讓光學元件上不會附著異物。根據這種發現來完成本發明。
如此，本發明的影像裝置包含在從鏡頭到影像機構的光學路徑內之光學元件，從鏡頭側觀之該光學元件包含防水或防水/防油塗層、防反射塗層、抗紅外線玻璃以及低通濾光器。
該光學元件在該低通濾光器的表面上有其他防反射塗層，影像機構側上該低通濾光器的表面提供抗紅外線塗層。
該光學元件較佳進一步在該影像機構這一邊的表面上包含防水或防水/防油塗層。
該防水或防水/防油塗層較佳含氟。該防水或防水/防油塗層較佳厚度為0.4－100 nm。該防反射塗層與該防水/防水防油塗層接觸的最外層較佳由二氧化矽製成。
在本發明的一個具體實施例中，該光學元件包含在該防水或防水/防油塗層與該抗紅外線玻璃之間由導體或半導體金屬氧化物製成的低表面電阻塗層。在本發明的另一具體實施例中，該光學元件包含在該防水或防水/防油塗層與該抗紅外線玻璃之間由導體或半導體金屬氧化物製成的第一低表面電阻塗層，以及在該低通濾光器與光學元件影像機構側表面之間由導體或半導體金屬氧化物製成的第二低表面電阻塗層。在任何情況下，該表面具有的低表面電阻塗層較佳具有1 x 104 至1 x 1013 Ω/平方的表面電阻。
該金屬氧化物較佳至少從氧化銻、氧化銦錫和氧化銻錫組成的群組中選擇其一。
第一圖圖解顯示本發明影像裝置的範例。第一圖顯示的影像裝置1在相機本體2的光學路徑20內(以下列順序)包含從入射光側算起由n個鏡頭3a、3b、...3n構成的鏡頭單元3、光傳輸光學元件4以及影像機構5。光線從鏡頭單元3側通過光學元件4進入影像機構5。
如第二圖所示，光學元件4包含彼此相黏的抗紅外線玻璃41和低通濾光器42，該抗紅外線玻璃41的外側表面上(以下列順序)形成第一防反射塗層43以及防水或防水/防油塗層44(除非特別提到，否則此後簡稱為防水、防油塗層)，並且低通濾光器42的外側表面上形成第二防反射塗層45。在抗紅外線玻璃43和低通濾光器44之間有黏著層46。如第一圖所示，此光學元件4安置成抗紅外線玻璃41位於鏡頭單元3這一側，而低通濾光器42位於影像機構5這一側。因此，從鏡頭單元3這一邊看起來，光學元件4(以下列順序)包含防水、防油塗層44、第一防反射塗層43、抗紅外線玻璃41、黏著層46、低通濾光器42以及第二防反射塗層45(第二圖)。
抗紅外線玻璃41可為常用的玻璃，並且較佳者為紅外線吸收玻璃(IR玻璃)。其也可為交錯包含氧化鈦層和二氧化矽層的夾層玻璃。當抗紅外線玻璃41為夾層玻璃，其也可直接形成於低通濾光器42上，這樣免除黏著層46的需求。
低通濾光器42可為厚度當成低通濾光器函數的雙折射板。低通濾光器42的較佳材料包含石英、鈮酸鋰(lithium niobate)等等。低通濾光器42可為繞射晶格型低通濾光器。
第一和第二防反射塗層43、45可由相同或不同材料製成，並無限制。防反射塗層43、45的特定材料範例包含氧化矽、氧化鈦、氟化鎂、氮化矽、氧化鈰、氧化鋁、五氧化鉭以及氧化鋯。每一防反射塗層43、45都可為單層或多層。不過，防反射塗層內與防水、防油塗層44接觸的層由二氧化矽製成。如此，第一防反射塗層43為單層時較佳者為二氧化矽層，並且為多層時最外層較佳者為由二氧化矽製成。二氧化矽層與含氟的防水、防油塗層44緊密黏貼在一起。第二圖顯示的範例無這種要求，因為第二防反射塗層45並未與防水、防油塗層44接觸。
防水、防油塗層44的材料並未設限，只要是無色並且透明度高即可。這種材料包含含氟的有機化合物以及含氟的有機無機複合聚合物。
含氟有機化合物包含氟樹脂以及氟化松脂(例如CFn，其中n為1.1－1.6)。氟樹脂的範例包含含氟烯烴化合物的聚合物，以及含氟烯烴化合物和可聚合單體的共聚物。這種(共聚物)聚合物的範例包含聚四氟乙烯(PTFE)、四乙烯－六氟丙烯共聚物(PFEP)、乙烯－四氟乙烯共聚物(PETFE)、四氟乙烯－全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、乙烯－三氟氯乙烯共聚物(PECTFE)、四氟乙烯－六氟丙烯－全氟烷基乙烯基醚共聚物(PEPE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)以及聚氟乙烯(PVF)。可用來當成氟樹脂的為可購得的含氟合成物的聚合物，像是JSR Corporation生產的Opstar以及Asahi Glass Co.,Ltd生產的CYTOP。
含氟有機無機複合聚合物包含具有氟碳化合物群的有機矽聚合物，可為利用具有氟碳化合物群的含氟矽甲烷水解之後獲得之聚合物。含氟矽甲烷可用下列公式(1)表示：CF3 (CF2 )a (CH2 )2 SiRb Xc ………(1),其中R為烷基群，X為烷氧基群或鹵素原子，a為0－7的整數，b為0－2的整數並且c為1－3的整數，符合b＋c＝3。公式(1)所表示的特定矽甲烷範例包含CF3 (CH2 )2 Si(OCH3 )3 、CF3 (CH2 )2 SiCl3 、CF3 (CF2 )5 (CH2 )2 Si(OCH3 )3 、CF3 (CF2 )5 (CH2 )2 SiCl3 、CF3 (CF2 )7 (CH2 )2 Si(OCH3 )3 、CF3 (CF2 )7 (CH2 )2 SiCl3 、CF3 (CF2 )7 (CH2 )3 SiCH3 (OCH3 )2 、CF3 (CF2 )7 (CH2 )2 SiCH3 Cl2 等等。市面上可獲得的有機矽聚合物包含Sumitomo 3M Limited生產的Novec EGC－1720以及GE Toshiba Silicones Co.生產的XC98－B2472。
防水、防油塗層44的厚度較佳為0.4－100 nm，更佳者為10－80 nm。當防水、防油塗層厚度小於0.4 nm時，則其防水性與防油性會不足。當防水、防油塗層厚度大於100 nm，則透明度和導電度會降低而改變防反射塗層的光學特性。防水、防油塗層的折射係數較佳者為1.5或更低，更佳者為1.45或更低。雖然防水、防油塗層可利用氣相沈積方法形成，不過較佳者是利用像是溶膠－凝膠法等等濕式方法形成。
黏著層46可由常見的黏著劑製成，包含熱硬化樹脂黏著劑、紫外線硬化樹脂黏著劑以及室溫硬化黏著劑，並且較佳為紫外線硬化黏著劑。如稍後所描述，當光學元件4具有擋紫外線功能，則紫外線硬化樹脂黏著層應該在堆疊擋紫外線濾光器等之前就已經硬化。
因為除了第一和第二防水、防油塗層44、47都形成於最外側表面上以外，第三圖顯示的範例都和第一圖和第二圖顯示的範例一樣，所以底下將只解釋不同之處。第二防水、防油塗層47的材料與厚度可和第一防水、防油塗層44的材料與厚度相同或不同，不過較佳者是相同。在第三圖所示的範例中，因為第二防反射塗層45與第二防水、防油塗層47接觸，所以第二防反射塗層45較佳者具有二氧化矽的最外層表面以便黏貼。
第四圖顯示本發明影像裝置內所用光學元件4的進一步範例。因為除了從鏡頭單元3這一邊看起來光學元件4(以下列順序)包含防水、防油塗層44、防反射塗層43、抗紅外線玻璃41、黏著層46、低通濾光器42以及抗紅外線塗層48以外，其他都和第一圖和第二圖所示的一樣，所以底下只說明不同之處。
抗紅外線塗層48較佳為交錯的氧化鈦層和二氧化矽層的夾層。在這種夾層結構底下，抗紅外線塗層48也當成可見光範圍內的防反射塗層。抗紅外線塗層48上也可形成防水、防油塗層(未顯示)。
光學元件4可具有抗紫外線的功能。若要讓光學元件4具有抗紫外線的功能，可加入抗紫外線濾光器，或者防水、防油塗層44、47可包含抗紫外線材料。除非會阻礙光學元件4的透明度以及光傳輸性，否則可使用常用的抗紫外線濾光器。例如：其可為具有其中加入CeO2 、FeO、TiO2 等等常用玻璃成分的抗紫外線玻璃、內含Ti、Ce等等的紫外線吸收塗層或紫外線吸收材料的濺鍍或氣相沈積薄膜。
該光學元件較佳(a)在該防水或防水/防油塗層與該抗紅外線玻璃之間，或(b)在該防水或防水/防油塗層與該抗紅外線玻璃之間以及該低通濾光器與影像機構側表面之間，包含由導體或半導體金屬氧化物製成的低表面電阻塗層。導體或半導體金屬氧化物並未設限，只要是透明、導電氧化物即可，但是較佳者是至少從氧化銻(Sb2 O5 )、氧化銦錫(ITO)以及氧化銻錫(ATO)構成的群組中選擇其一。
雖然低表面電阻塗層的厚度可根據使用的金屬氧化物種類而不同，不過較佳者是1－5,000 nm，更佳者是10－3,000 nm。當低表面電阻塗層薄到小於1 nm，就無法完全展現出防電荷功能。在另一方面，當厚度超過5,000 nm，則低表面電阻塗層的厚度會不平整，並且透明度降低。
低表面電阻塗層的表面電阻較佳者為1 x 104 至1 x 1013 Ω/平方，更佳者為1 x 105 至1 x 1013 Ω/平方。表面電阻低於1 x 104 Ω/平方的低表面電阻塗層具有低透明度。在另一方面，當表面電阻超過1 x 1013 Ω/平方，則低表面電阻塗層就無法展現出防靜電功能來避免吸引灰塵。
低表面電阻塗層較佳者由像是溶膠－凝膠法等等的濕式方法所形成。因為溶膠－凝膠法不用依靠真空處理就能在空氣中形成低表面電阻塗層，所以可降低形成塗層的成本。溶膠－凝膠法可利用沈浸塗層法、噴灑塗層法、旋轉塗層法、長條塗層法、滾柱塗層法等等來進行。當然，低表面電阻塗層也可利用像是濺鍍法、離子電鍍法等等物理沈積法或化學沈積法來形成。
光學元件的較佳層結構包含(a)防水或防水/防油塗層、第一防反射塗層、抗紅外線玻璃、低通濾光器以及選擇性的第二防反射塗層，(b)防水或防水/防油塗層、第一低表面電阻塗層、第一防反射塗層、抗紅外線玻璃、低通濾光器、第二防反射塗層以及選擇性的第二低表面電阻塗層，(c)防水或防水/防油塗層、防反射塗層、抗紅外線玻璃、低通濾光器以及防反射塗層，(d)第一防水或防水/防油塗層、第一低表面電阻塗層、第一防反射塗層、抗紅外線玻璃、低通濾光器、第二防反射塗層、第二低表面電阻塗層以及第二防水或防水/防油塗層等等。
光學元件4較佳者具備震動機構的功能，可使用像是超音波震動器、壓電元件等等的常用震動機構。震動機構所賦予的震動可大幅減少附著至光學元件4的異物量。
在此將參閱下列實施例但不限制本發明，來更詳細說明本發明。
實施例1
(a)防反射塗層與抗紅外線塗層的形成使用Kyocera Kinseki Corp.,生產的CD－5000當成基板，其具有石英低通濾光器以及用熱硬化樹脂讓IR玻璃彼此相黏的抗紅外線玻璃。利用氣相沈積連續形成厚度為67 nm的氟化鎂層以及厚度為17 nm的二氧化矽層，以在基板的抗紅外線濾光器側表面上提供防反射塗層。利用氣相沈積交錯形成八層五氧化鉭層以及八層二氧化矽層，以在基板的低通濾光器側表面上提供抗紅外線塗層。
(b)防水、防油塗層的形成含氟的防水劑(Canon Optron,Inc.生產的OF－110)在步驟(a)內形成的防反射塗層上以氣相沈積至厚度0.01 μm。
實施例2
(a)防反射塗層的形成利用氣相沈積在實施例1內相同基板的兩表面上依序形成Ta2 O5 層(厚度：16 nm)、MgF2 層(厚度：32 nm)、Ta2 O5 層(厚度：55 nm)、MgF2 層(厚度：15 nm)、Ta2 O5 層(厚度：45 nm)、MgF2 層(厚度：76 nm)以及SiO2 層(厚度：17 nm)。
(b)防水、防油塗層的形成利用在步驟(a)內獲得的兩防反射塗層上利用沈浸塗層含氟表面處理劑(Sumitomo 3M Limited生產的Novec IGC－1720)來形成厚度0.03 μm並且折射係數1.34的防水、防油塗層。
(c)影像裝置的生產步驟(b)內獲得的光學元件放置在相機本體的光學路徑內，如此抗紅外線玻璃位於鏡頭側上，並且低通濾光器位於影像機構側上，藉此提供本發明的影像裝置。
實施例3
50克的γ－含環氧基矽氧烷運用0.01－N鹽酸進行水解並且混合50克的Sb2 O5 膠質溶液(Nissan Chemical Industries,Ltd.生產的AMT130)，並且進一步混合10克的乙醇，以製備低表面電阻塗層液體。Kyocera Kinseki Corp.生產的基板CD－5000(具有石英低通濾光器以及用熱硬化樹脂讓IR玻璃彼此相黏的抗紅外線玻璃)浸入低表面電阻塗層液體，將基板的兩邊表面上都塗上厚度1 μm的低表面電阻塗層液體。以140℃的溫度加熱1小時來形成低表面電阻塗層。
利用氣相沈積連續形成厚度為67 nm的氟化鎂層以及厚度為17 nm的二氧化矽層，以在低表面電阻塗層的抗紅外線玻璃側表面上提供防反射塗層。利用含氟的防水劑(Canon Optron,Inc.生產的OF－110)在此防反射塗層上形成的防水、防油塗層上以氣相沈積至厚度0.01 μm。利用氣相沈積交錯形成八層五氧化鉭層以及八層二氧化矽層，以在低表面電阻塗層的低通濾光器側表面上提供抗紅外線塗層。
實施例4
除了用包含氧化銦錫(ITO)的透明、導電塗層液體當成低表面電阻液體以外，在此都以和實施例3內相同的方式生產光學元件。
實施例5
利用氣相沈積連續形成厚度為67 nm的氟化鎂層以及厚度為17 nm的二氧化矽層，來在Kyocera Kinseki Corp.生產的基板CD－5000(具有石英低通濾光器以及用熱硬化樹脂讓IR玻璃彼此相黏的抗紅外線玻璃)之抗紅外線玻璃側表面上提供防反射塗層。利用氣相沈積在此防反射塗層上形成氧化銦錫(ITO)製成的低表面電阻塗層。含氟的防水劑(Canon Optron,Inc.生產的OF－110)在此低表面電阻塗層上以氣相沈積至厚度0.01 μm。利用氣相沈積交錯形成八層五氧化鉭層以及八層二氧化矽層，以在基板的低通濾光器側表面上提供抗紅外線塗層。
比較例1
利用氣相沈積在與實施例1內相同基板的兩表面上形成厚度67 nm的MgF2 層。
評估1
如下評估抗紅外線玻璃側光學元件表面上的防灰塵效果：在粒子大小5－75 μm的氧化矽砂以及粒子大小15 μm的壓克力樹脂粒子之混合物當成灰塵均勻抹在實施例1－5光學元件的抗紅外線濾光器側表面上，且比較例1光學元件之抗紅外線濾光器側表面利用壓電元件施加45,000 G加速度的震動至光學軸方向內每一光學元件上。用肉眼觀察每一光學元件的表面，發覺在實施例1－5的光學元件之表面上未殘留灰塵，而比較例1的光學元件表面上則殘留灰塵。
評估2
有關實施例2的影像裝置，以及影像裝置(比較例2)，其中包含低通濾光器以及抗紅外線玻璃的光學元件放置成低通濾光器位於鏡頭側，而抗紅外線玻璃位於影像機構側，然後進行10,000次快門操作。拆除鏡頭從影像裝置中取出每一光學元件，然後使用棉花棒沾乙醇擦拭低通濾光器側表面30次。結果，實施例2的光學元件無刮傷，而比較例2的光學元件之低通濾光器則有兩條刮痕。假設因為實施例2的光學元件具有防水、防油塗層可阻擋異物附著並且具有高潤滑度和耐刮，所以不會有刮痕。吾人也假設因為比較例2的光學元件無防水、防油塗層、在快門操作期間灰塵附著在石英製成並且比較不耐刮的低通濾光器上，並且用棉花棒擦拭形成刮痕。
評估3
實施例3內生產的光學元件之表面(其上已形成低表面電阻塗層)具有8 x 1012 Ω/平方的表面電阻，而實施例4和5內生產的光學元件之表面(其上已形成低表面電阻塗層)具有1 x 105 Ω/平方的表面電阻。
發明效果
因為放置在本發明影像裝置的光學路徑中之光學元件表面上具有防水、防油塗層，這可防止異物附著。此外，因為光學元件內的低通濾光器位於影像機構這一側，這樣比較不會刮傷。
1．．．影像裝置
2．．．相機本體
3．．．鏡頭單元
3a,3b,...3n．．．鏡頭
4．．．光學元件
5．．．影像機構
20．．．光學路徑
41．．．抗紅外線玻璃
42．．．低通濾光器
43．．．第一防反射塗層
44．．．第一防水或防水/防油塗層
45．．．第二防反射塗層
46．．．黏著層
47．．．第二防水、防油塗層
48．．．抗紅外線塗層
第一圖為顯示本發明第一影像裝置的範例之圖解剖面圖。
第二圖為顯示本發明影像裝置內所用光學元件的範例之剖面圖。
第三圖為顯示本發明影像裝置內所用光學元件的另一範例之剖面圖。
第四圖為顯示本發明影像裝置內所用光學元件的進一步範例之剖面圖。
1．．．影像裝置
2．．．相機本體
3．．．鏡頭單元
3a,3b,...3n．．．鏡頭
4．．．光學元件
5．．．影像機構
20．．．光學路徑
41．．．抗紅外線玻璃
42．．．低通濾光器

Claims (12)

  1. 一種影像裝置，具有光學元件，該光學元件位在從鏡頭到影像機構的光學路徑中，從該鏡頭側觀之，該光學元件包含防水或防水/防油塗層、防反射塗層、抗紅外線玻璃以及低通濾光器。
  2. 如申請專利範圍第1項之影像裝置，其中該光學元件在該影像機構側該低通濾光器的表面上包含其他防反射塗層。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之影像裝置，其中該光學元件進一步在該影像機構該側的表面上包含防水或防水/防油塗層。
  4. 如申請專利範圍第1項之影像裝置，其中該光學元件在該影像機構側該低通濾光器的表面上進一步包含抗紅外線塗層。
  5. 如申請專利範圍第1項之影像裝置，其中該防水或防水/防油塗層含氟。
  6. 如申請專利範圍第1項之影像裝置，其中該防水或防水/防油塗層的厚度為0.4-100 nm。
  7. 如申請專利範圍第1項之影像裝置，其中該防反射塗層與該防水或防水/防油塗層接觸的最外層由二氧化矽製成。
  8. 如申請專利範圍第1項之影像裝置，其中該光學元件包含在該防水或防水/防油塗層與該抗紅外線玻璃之間由導體或半導體金屬氧化物製成的低表面電阻塗層。
  9. 如申請專利範圍第8項之影像裝置，其中該光學元件位於該鏡頭側上的表面具有1 x 104 至1 x 1013 Ω/平 方的表面電阻。
  10. 如申請專利範圍第1項之影像裝置，其中該光學元件包含在該防水或防水/防油塗層與該抗紅外線玻璃之間由導體或半導體金屬氧化物製成的第一低表面電阻塗層，以及在該低通濾光器與影像機構側表面之間由導體或半導體金屬氧化物製成的第二低表面電阻塗層。
  11. 如申請專利範圍第10項之影像裝置，其中該光學元件的兩表面具有1 x 104 至1 x 1013 Ω/平方的表面電阻。
  12. 如申請專利範圍第8項之影像裝置，其中該金屬氧化物為至少從氧化銻、氧化銦錫和氧化銻錫組成的群組中選擇其一。
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